人教版選修4 第4章第2節(jié) 化學電源 作業(yè) (6).docVIP

第2節(jié) 化學電源(45分鐘100分)一、選擇題(本題包括9小題,每小題6分,共54分)1.下列有關鋅錳干電池的說法中正確的是()a.鋅外殼是負極,石墨棒是正極材料b.在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼c.電流從鋅流到石墨棒上d.在電池內(nèi)部陽離子從石墨棒向鋅片移動【解析】選a。在鋅錳干電池中,鋅外殼是負極,石墨棒是正極,在外電路中電子從鋅外殼流向石墨棒,電流的方向與電子的流向相反,電池內(nèi)部,陽離子向正極石墨棒移動,故a正確,b、c、d錯誤?！狙a償訓練】(2016平頂山高二檢測)普通鋅錳干電池在放電時總反應方程式可以表示為zn(s)+2mno2+2nh4+zn2+mn2o3(s)+2nh3+h2o,在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是()a.znb.碳c.mno2和nh4+d.zn2+和nh3【解析】選c。根據(jù)方程式可知:zn為原電池的負極,碳棒為原電池的正極,負極失電子變成zn2+,失去的電子被mno2和nh4+得到,生成了mn2o3和nh3。所以在正極上nh4+和mno2為反應物。2.(2016濰坊高二檢測)乙醇燃料電池中采用磺酸類質子溶劑,在200左右時供電,電池總反應式為c2h5oh+3o22co2+3h2o,電池示意圖如圖,下列說法中正確的是()a.電池工作時,質子向電池的負極遷移b.電池工作時,電流由b極沿導線流向a極c.a極上發(fā)生的電極反應是c2h5oh+3h2o+12e-2co2+12h+d.b極上發(fā)生的電極反應是2h2o+o2+4e-4oh-【解析】選b。通入乙醇的一極(a極)為負極,發(fā)生氧化反應;通入氧氣的一極(b極)為正極,發(fā)生還原反應。電池工作時,陽離子(質子)向電池的正極遷移,選項a不正確;電流方向與電子流向相反,電流由b極沿導線流向a極,選項b正確;a極上乙醇應該失電子被氧化,所以選項c不正確;因為電池中使用的是磺酸類質子溶劑,所以電極反應式中不能出現(xiàn)oh-,選項d不正確。3.(2016鄭州高二檢測)甲醇燃料電池具有容易攜帶、容易存儲等優(yōu)點,目前被認為將會替代傳統(tǒng)的電池成為攜帶型設備的主要電源。如圖是甲醇的質子交換膜型燃料電池模型,下列有關說法正確的是()a.y極為電池的負極b.x極的電極反應式:ch3oh+h2o-6e-co2+6h+c.若常溫下用該電池電解100 ml kcl溶液至ph=12時,向質子交換膜遷移的a為0.01 mold.空氣以20%為氧氣計算,x極每消耗1 mol甲醇,y極必消耗168 l空氣中的氧氣【解析】選b。根據(jù)x極、y極所通入的物質,可以判斷,x極為負極,y極為正極,其電極反應式為x極(負極):ch3oh+h2o-6e-co2+6h+;y極(正極):32o2+6e-+6h+ 3h2o。c項,2kcl+2h2o2koh+h2+cl2,n(oh-)=0.01 moll-10.1 l=10-3mol,所以向質子交換膜遷移的a(h+)應為0.001 mol;d項,沒有給出氧氣所處的條件,不能求出氧氣的體積。4.(2016全國卷)鋅-空氣燃料電池可用作電動車動力電源,電池的電解質溶液為koh溶液,反應為2zn+o2+4oh-+2h2o2zn(oh)42-。下列說法正確的是()a.充電時,電解質溶液中k+向陽極移動b.充電時,電解質溶液中c(oh-)逐漸減小c.放電時,負極反應為zn+4oh-2e-zn(oh)42-d.放電時,電路中通過2 mol電子,消耗氧氣22.4 l(標準狀況)【解析】選c。充電時,發(fā)生電解池反應,k+向陰極移動,a選項錯誤;充電時,發(fā)生的反應是2zn(oh)42-2zn+o2+4oh-+2h2o,反應后c(oh-)逐漸增大,b選項錯誤;放電時,活潑金屬zn作負極,發(fā)生失電子的氧化反應生成zn(oh)42-,c選項正確;根據(jù)o24e-,則放電時電路中通過2 mol電子,消耗0.5 mol o2,其在標準狀況下的體積為11.2 l,d選項錯誤?！痉椒ㄒ?guī)律】解答充電電池題目的注意問題(1)電池放電時發(fā)生原電池反應,充電時發(fā)生電解池反應。(2)可充電電池的充放電時的反應相反。(3)陽極和負極都發(fā)生氧化反應,陰極和正極都發(fā)生還原反應。(4)原電池中陽離子向正極移動,電解池中陽離子向陰極移動。5.尋找新能源是解決溫室效應的一條重要思路。磷酸亞鐵鋰(lifepo4)是一種新型汽車鋰離子電池,總反應為fepo4+lilifepo4,電池中的固體電解質可傳導離子,下列說法錯誤的是()a.放電時,li作負極b.放電時,正極反應為fepo4+li+e-lifepo4c.充電時,li+和fe2+向陰極移動,po43-向陽極移動d.充電時,陰極反應為li+e-li【解析】選c。放電時,電極反應式為負極:li-e-li+,正極:fepo4+e-+li+lifepo4;充電時,電極反應式為陰極:li+e-li,陽極:lifepo4-e-li+fepo4。c項,充電時,li+在陽極生成,移向陰極得e-生成li,fe2+失去電子生成fe3+,fe3+和po43-結合生成fepo4。6.(2016漳州高二檢測)一種微生物燃料電池的結構示意圖如圖所示,關于該電池的敘述正確的是()a.電池工作時,電子由a流向bb.微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生還原反應c.放電過程中,h+從正極區(qū)移向負極區(qū)d.正極反應式為mno2+4h+2e-mn2+2h2o【解析】選d。因為右側產(chǎn)生co2,說明微生物所在的電極區(qū)cm(h2o)n失電子生成co2,所以電池工作時電子由b經(jīng)外電路流向a極,a項錯誤;微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生氧化反應,b項錯誤;放電時陽離子向正極移動,c項錯誤;放電時正極發(fā)生還原反應,d項正確。7.(2016太原高二檢測)科學工作者為心臟病患者設計的心臟起搏器的電池是以pt和zn為電極材料,依靠人體體液中含有的一定濃度的溶解氧、h+和zn2+進行工作的。該電池工作時,正極的電極反應式為()a.zn-2e-zn2+b.2h+2e-h2c.4oh-4e-o2+2h2od.o2+4h+4e-2h2o【解析】選d。正極得電子,體液中溶解的氧易得電子而發(fā)生反應:o2+4h+4e- 2h2o,d項正確?！狙a償訓練】(2016梅州高二檢測)微型鋰碘電池可用于植入某些心臟病人體內(nèi)的心臟起搏器所用的電源。這種電池中的電解質是固體電解質lii,其中的導電離子是i-。下列有關說法正確的是()a.正極反應:2li-2e-2li+b.負極反應:i2+2e-2i-c.總反應是2li+i22liid.金屬鋰作正極【解析】選c。該電池中l(wèi)i的活潑性強,作負極,其反應為2li-2e-2li+,b、d均錯;正極反應為i2+2e-2i-,a錯;總反應為2li+i22lii,c正確。8.(2016四川高考)某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時電池總反應為li1-xcoo2+lixc6licoo2+c6(x1)。下列關于該電池的說法不正確的是()a.放電時,li+在電解質中由負極向正極遷移b.放電時,負極的電極反應式為lixc6-xe-xli+c6c.充電時,若轉移1 mol e-,石墨(c6)電極將增重7xgd.充電時,陽極的電極反應式為licoo2-xe-li1-xcoo2+xli+【解析】選c。放電時,陽離子向原電池的正極移動,a選項正確;li1-xcoo2中l(wèi)i顯+1價,氧顯-2價,則co顯+(3+x)價,lixc6中l(wèi)i和c均顯0價。負極發(fā)生氧化反應,其電極反應式為lixc6-xe-xli+c6,b選項正確;充電時,c6為電解池的陰極,電極反應式為xli+c6+xe-lixc6,若轉移1 mol電子,石墨電極質量增加7 g,c選項錯誤;正極發(fā)生還原反應,其電極反應式為li1-xcoo2+xli+xe-licoo2,則充電時,陽極的電極反應式為licoo2-xe-li1-xcoo2+xli+,d選項正確。9.(2015江蘇高考)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關該電池的說法正確的是()a.反應ch4+h2o3h2+co,每消耗1 mol ch4轉移12 mol電子b.電極a上h2參與的電極反應為h2+2oh-2e-2h2oc.電池工作時,co32-向電極b移動d.電極b上發(fā)生的電極反應為o2+2co2+4e-2co32-【解題指南】解答本題時應注意以下兩點:(1)燃料電池通燃料的一端為負極,通空氣(或氧氣)的一端為正極。(2)原電池中,陽離子移向正極,陰離子移向負極?！窘馕觥窟xd。根據(jù)化學反應方程式,每有1 mol甲烷參與反應轉移電子數(shù)為6 mol,a項錯誤;因為電解質為熔融態(tài)的碳酸鹽,所以電極a上h2參與的電極反應式為h2-2e-+co32-h2o+co2,b項錯誤;根據(jù)原電池工作原理,電極a是負極,電極b是正極,陰離子向負極移動,碳酸根離子向負極移動(a電極),c項錯誤;電極b上氧氣得電子與二氧化碳結合生成碳酸根離子,因此電極反應式為o2+4e-+2co22co32-,d項正確。二、非選擇題(本題包括3小題,共46分)10.(14分)今有反應2h2+o22h2o,設計成燃料電池。(1)負極通的應是_,正極通的應是_,電極反應式分別為_ _。(2)若把koh改為h2so4作電解質,即:2h2+o22h2o,則電極反應式應為負極:_,正極:_。(1)(2)的介質不同,反應后各溶液的ph變化依次為_,_(填“變大”“變小”或“不變”)。(3)若把h2改為ch4,koh作電解質,則負極反應式為_?！窘馕觥?1)負極通還原性氣體h2,電極反應式為2h2+4oh-4e-4h2o,正極通氧化性氣體o2,電極反應式為o2+2h2o+4e-4oh-。(2)負極反應式為2h2-4e-4h+,正極反應式為o2+4h+4e-2h2o。(1)、(2)總反應只生成h2o,使原電解質溶液(1)中c(oh-)減小,(2)中c(h+)減小,故(1)中ph變小,(2)中ph變大。(3)中負極上還原性氣體ch4在koh中被氧化成co32-,即負極反應式為ch4+10oh-8e-co32-+7h2o。答案:(1)h2o2負極:2h2+4oh-4e-4h2o,正極:o2+2h2o+4e-4oh-(2)2h2-4e-4h+o2+4h+4e-2h2o變小變大(3)ch4+10oh-8e-co32-+7h2o11.(14分)(1)(2016天津高考)氫氣直接燃燒的能量轉換率遠低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式:_。(2)(2015四川高考)feso4在一定條件下可制得fes2(二硫化亞鐵)納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池,電池放電時的總反應為4li+fes2fe+2li2s,正極反應式是_。(3)(2015海南高考)如圖所示原電池正極的反應式為_。(4)(2015廣東高考)一種可超快充電的新型鋁電池,充放電時alcl4-和al2cl7-兩種離子在al電極上相互轉化,其他離子不參與電極反應,放電時負極al的電極反應式為_。(5)(2015全國卷)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、mno2、zncl2和nh4cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生mnooh。回收處理該廢電池可以得到多種化工原料。該電池的正極反應式為_,電池反應的離子方程式為_。(6)(2015安徽高考)常溫下,將除去表面氧化膜的al、cu片插入濃hno3中組成原電池(圖1),測得原電池的電流強度(i)隨時間(t)的變化如圖2所示,反應過程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。0t1時,原電池的負極是al片,此時,正極的電極反應式是_ _,溶液中的h+向_極移動,t1時,原電池中電子流動方向發(fā)生改變,其原因是_。【解析】(1)堿性氫氧燃料電池的負極反應式為h2+2oh-2e-2h2o。(2)正極發(fā)生的反應是還原反應,即得電子,故參加反應的物質應是fes2,又知最后生成鐵單質和s2-,故正極反應式為fes2+4e-fe+2s2-。(3)該原電池的實質是cu與銀離子發(fā)生置換反應生成ag單質,所以正極是生成ag單質的還原反應。(4)放電時負極al應失去電子,根據(jù)放電時alcl4-和al2cl7-兩種離子在al電極上相互轉化可知,電極反應式為al-3e-+7alcl4-4al2cl7-。(5)酸性鋅錳干電池外殼為金屬鋅,鋅是負極,電極反應式為zn-2e-zn2+。中間是碳棒,碳棒是正極,二氧化錳得到電子,則正極電極反應式為mno2+e-+h+ mnooh,總反應式為zn+2mno2+2h+zn2+2mnooh。(6)原電池的正極是硝酸發(fā)生還原反應:2h+no3-+e-no2+h2o,原電池中的陽離子移向正極。t1時電子流動方向發(fā)生改變,則原電池的正、負極發(fā)生改變,原因是鋁表面生成了氧化膜而不再參加反應,此時銅作負極。答案:(1)h2+2oh-2e-2h2o(2)fes2+4e-fe+2s2-或fes2+4li+4e-fe+2li2s(3)ag+e-ag(4)al-3e-+7alcl4-4al2cl7-(5)mno2+e-+h+mnoohzn+2mno2+2h+zn2+2mnooh(6)2h+no3-+e-no2+h2o正鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化,表面生成了氧化膜阻止了al的進一步反應【方法規(guī)律】原電池電極反應式的書寫技巧(1)根據(jù)給出的化學方程式或題意,確定原電池的正、負極,弄清正、負極上發(fā)生反應的具體物質。(2)弱電解質、氣體、難溶物均用化學式表示,其余均以離子符號表示。(3)注意電解質溶液的成分對正、負極反應產(chǎn)物的影響,正、負極產(chǎn)物可根據(jù)題意或化學方程式加以確定。(4)寫電極反應式時,要遵循質量守恒,必要時,可在電極反應式的一端添加h+或oh-或h2o,將兩個電極反應式合并,就可得到電池總反應式。12.(18分)(能力挑戰(zhàn)題)(2016日照高二檢測)氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉,吸附氣體的能力強,性質穩(wěn)定。請回答:(1)氫氧燃料電池的能量轉化的主要形式是_,在導線中電子移動方向為_(用a、b表示)。(2)負極反應式為_。(3)電極表面鍍鉑粉的原因為_。(4)該電池工作時,h2和o2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷提供電能。因此,大量安全儲氫是關鍵技術之一,金屬鋰是一種重要的儲氫材料,吸氫和放氫原理如下:.2li+h22lih.li